代梦梦，田芷源，梁 音，郭红丽，张 嫱，张艺铭

（1.中国科学院南京土壤研究所土壤与农业可持续发展国家重点实验室，江苏南京 210008；2.江苏省水文水资源勘测局，江苏南京 210029；3.江苏省水文水资源勘测局泰州分局，江苏泰州 225300）

水土流失面积和土壤侵蚀模数是表征区域水土流失严重程度的两项关键指标［1-2］。以往的研究大多只关注水土流失面积占比（如水土流失率［3-4］、水土保持率［5-6］），评价结果不够全面；或使用两个指标共同表征，但评价结果不够简明［7］。土壤侵蚀综合指数既能表征评价单元土壤侵蚀模数的大小，同时能反映水土流失面积的变化，具有综合性和可比性的特点［8］。本研究借鉴前人［7，9］提出的计算方法，进一步明确了不同水土保持区划各侵蚀等级的权重值，分析江苏省在县级尺度上土壤侵蚀综合指数的空间分布和变化趋势，旨在为江苏省科学制定水土流失治理方案提供依据。

1 研究区概况

江苏省位于我国东部沿海地区，介于116°18′—121°57′E，30°45′—35°20′N，全省陆地总面积10.72万km2，共有13个设区市，96个县（市、区）。江苏省地势平坦，平原面积占比高达68.8%。江苏省属于亚热带向暖温带的过渡区，气候温和，雨量适中，四季分明，全年平均气温在13～16 ℃，多年平均降水量为800～1 100 mm，但时空分布不均，降雨多集中在5—9月。依据全国水土保持区划［10］，江苏省地跨南方红壤区及北方土石山区2 个一级区，并进一步被划分为3 个二级区和7 个三级区（图1），水土保持功能主要涉及农田防护、水质维护、人居环境、土壤保持等方面。全省土壤侵蚀以水蚀为主，丰县和沛县存在少量风蚀。

图1 江苏省水土保持区划分区

2 研究方法与数据

2.1 土壤侵蚀综合指数EI值的概念

土壤侵蚀综合指数（soil erosion aggregative index，EI，公式中用IEI表示）是一项评价研究单元内土壤侵蚀总体状况的综合指标，是根据评价单元内各级土壤侵蚀面积和土地总面积量化分级进行权重变换后形成的一个综合指标数值，其表达式为

式中：S为评价单元土地面积；Ai为第i等级土壤侵蚀面积；Wi为第i等级土壤侵蚀等级权重；n为土壤侵蚀等级数，取值为1～6。

2.2 EI指数的侵蚀学意义

由式（1）可知：EI 指数的取值范围理论上是0～100之间，代表两个极端值。其侵蚀学意义是：当EI指数为0 时，评价单元上没有任何级别可造成水土流失危害的土壤侵蚀发生，或者说评价单元内全部是微度侵蚀（南方红壤区土壤侵蚀模数≤500 t/km2，北方土石山区土壤侵蚀模数≤200 t/km2），这在平原区域是实际存在的，而且比较普遍；当EI指数为100时说明评价单元上全部是剧烈侵蚀，这种情况在实际当中是不可能存在的，除非评价单元很小（例如一个径流小区）。一般而言评价单元的土壤侵蚀综合指数大小均是介于这两个极值之间，EI值越高表示着该单元的土壤侵蚀对区域环境的危害越严重，相反，EI值越低表示该单元土壤侵蚀对区域环境的危害越轻。此外，当评价单元以县级行政区为单元时，强度、极强度和剧烈侵蚀的面积不可能占很高的比例，所以EI值远小于100。

2.3 权重分值的多项式法推算

依据国家标准［11］，按照土壤侵蚀模数的大小，将土壤侵蚀强度分为微度、轻度、中度、强烈、极强烈和剧烈6 级，不同等级土壤侵蚀强度对区域生态环境的危害不同。江苏省地跨南方红壤区和北方土石山区两大水土保持区划［10］，二者在土壤侵蚀强度分级标准上略有不同。

针对南方红壤区，本研究引入梁音等［1］提出的多项式方程模拟法对各级别的土壤侵蚀模数中值进行修正，拟合后得到的多项式方程为

式中：Y为土壤侵蚀模数中值；X为土壤侵蚀等级级别，取值为1～6，该方程的决定系数r2=0.9991。

将数值6代入式（2），得到南方红壤区剧烈等级的预测中值为18 700 t·km-2·a-1，将其权重赋值为100，计算各侵蚀强度等级的实际模数中值占18 700的比重，进而确定各等级的权重，如表1所示。由于微度侵蚀不构成水土流失危害，研究将其权重值确定为0。

表1 江苏省红壤区土壤侵蚀模数修正中值及权重指标

针对北方土石山区，研究借鉴梁音等［1］的方法，对各级别的土壤侵蚀模数中值进行修正，拟合后得到的多项式方程为

式中：Y为土壤侵蚀模数中值，X为土壤侵蚀等级级别，取值为1～6，该方程的决定系数r2=0.9987。

将数值6 代入式（3），得到北方土石山区剧烈等级的预测中值为18 490 t·km-2·a-1，将其权重赋值为100，计算各侵蚀强度等级的实际模数中值占18 490 的比重，进而确定各等级的权重，如表2所示。

表2 江苏省土石山区土壤侵蚀模数修正中值及权重指标

2.4 数据来源及计算

计算土壤侵蚀综合指数EI 值所需的土壤侵蚀模数，来源于江苏省2019—2021年水土流失动态监测数据。应用式（1）计算得到江苏省96个县（区）的EI值，进而分析EI值的县域差异及其随时间的变化趋势。研究成果采用ArcGIS10.6制图展示。

3 结果与讨论

3.1 EI计算结果

研究统计了2019—2021 年不同县（区）EI 的计算结果（表3）。由表3可知，全省96个县（区）3 年间EI 值分别介于0.003～6.1997、0.003～2.7175、0.004～2.4089 之间。全省EI 均值分别为0.2997、0.2152、0.1997，与张玉刚等［12］研究得出的2002—2011年江苏省EI值0.31相近。从统计结果来看，96个县（区）EI 的极差、均值、变异系数均呈明显的减小趋势，表明经过2 年的水土流失治理，江苏省土壤侵蚀的面积和程度减轻，县域之间发生土壤侵蚀状况的差异减小。

表3 EI计算结果统计

根据江苏省96个县（区）EI的分布情况，本研究将其按土壤侵蚀严重程度分为极轻微（EI值＜0.01）、轻微（0.1＞EI 值≥0.01）、较严重（1＞EI 值≥0.1）和严重（EI 值≥1）4 个等级。研究统计了不同土壤侵蚀严重等级下的县（区）数量（表4），统计结果表明，江苏省96 个县（区）土壤侵蚀严重等级以轻微和较严重为主，这两个等级的县（区）数量历年占比之和均超过70%，极轻微等级的县（区）数量3 a 间增加了5个，数量占比由2019年的18.75%上升至2021年的23.96%，严重等级的县（区）数量则由5 个减少至3 个。以上结果表明近年来江苏省水土流失得到有效控制。

表4 2019—2021年江苏省各土壤侵蚀严重等级县（区）数量

3.2 EI指数空间分布

根据EI 的计算方法，计算得到2019—2021 年每个县（区）的EI 值并进行分级统计，江苏全省96 个县（区）的空间分布结果如图2所示。由图2可知，江苏省历年各县（区）土壤侵蚀严重等级空间分布特征基本一致，均表现为北部和西部丘陵山区的土壤侵蚀严重等级较高，中西部平原地区的土壤侵蚀严重等级较低。

图2 江苏省2019—2021年土壤侵蚀严重等级空间分布

2019年EI最高值出现在徐州市鼓楼区（6.1997），最低值出现在泰州市的姜堰区（0.0003）和兴化市（0.0003）。全省有5个县（区）的土壤侵蚀严重等级表现为严重（EI 值≥1），分别是徐州市鼓楼区（6.1997）、常州市溧阳市（2.0171）、镇江市句容市（1.6172）、南京市溧水区（1.2869）、淮安市盱眙县（1.0297）。全省有37 个县（区）的土壤侵蚀严重等级表现为较严重（1＞EI值≥0.1），主要分布在北部沂沭低山丘陵平原区和西南部的宁镇扬及宜溧低山丘陵地区；有36个县（区）的土壤侵蚀严重等级表现为轻微（0.1＞EI值≥0.01），主要分布在东部里下河平原及苏东滨海平原地区；有18个县（区）的土壤侵蚀严重等级表现为极轻微（EI 值＜0.01）主要分布在东南长江三角洲平原区。

2020 年EI 最高值与2019 年一致，出现在徐州市鼓楼区（2.7175），最低值则仅出现在泰州市兴化市（0.0003）。全省有5个县（区）的土壤侵蚀严重等级表现为严重（EI 值≥1），分别是徐州市鼓楼区（2.7175）、徐州市贾汪区（1.3532）、常州市溧阳市（1.1606）、南京市溧水区（1.0924），淮安市盱眙县（1.0763）。全省有33 个县（区）的土壤侵蚀严重等级表现为较严重（1＞EI值≥0.1），有37个县（区）的土壤侵蚀严重等级表现为轻微（0.1＞EI 值≥0.01），有21个县（区）的土壤侵蚀严重等级表现为极轻微（EI值＜0.01）。这与2019年的空间分布规律极为相似，除极轻微等级县（区）向苏东滨海平原地区扩展。

2021 年EI 的极值分布与2020 年一致，最高值出现在徐州市鼓楼区（2.4089），最低值出现在泰州市兴化市（0.0004）。全省减少至3个县（区）的土壤侵蚀严重等级表现为严重（EI值≥1），分别是徐州市鼓楼区（2.4089）、徐州市贾汪区（1.2105）、常州市溧阳市（1.1822）。全省有33 个县（区）的土壤侵蚀严重等级表现为较严重（1＞EI值≥0.1），有37个县（区）的土壤侵蚀严重等级表现为轻微（0.1＞EI值≥0.01），有23 个县（区）的土壤侵蚀严重等级表现为极轻微（EI 值＜0.01）。与2020 年相比，极轻微等级县（区）数量进一步增加，严重等级县（区）数量减少。

3.3 EI变化趋势

经过2019—2021年的治理，江苏省水土保持状况总体好转：总体表现为土壤侵蚀等级为严重和较严重的县（区）数量减少，表现为极轻微和轻微的县（区）数量增加。其中，较为明显的是西南宁镇山脉一带，该区域范围内土壤侵蚀严重等级为严重的县（区）数量由2019年的3个，减少至2020年的2个和2021年的1个。

从96 个县（区）2019—2021 年土壤侵蚀综合指数（EI）的变化情况来看（表5，图3），全省有59 个县（区）水土保持状况持续向好，出现EI 呈现逐年递减的趋势（21＜20＜19），占全省县（区）数量的61.46%。

表5 江苏省2019—2021年不同EI指数变化县（区）数量统计

全省有19 个县（区）的EI 呈现波动减小的趋势，其中15 个县（区）的EI 表现为2020 年＜2021 年＜2019 年，占全省县（区）数量的15.63%，主要分布在镇江市；另有徐州市云龙区、连云港市东海县、淮安市盱眙县、宿迁市泗洪县4 个县（区）的EI 表现为2021 年＜2019 年＜2020 年，占全省县（区）数量的4.17%，且这4个县（区）水土流失率均较高。

全省有18 个县（区）的EI 呈现波动增大的趋势，其中16 个县（区）的EI 表现为2020 年＞2021 年＞2019 年，占全省县（区）数量的16.67%，主要分布在苏州市和南通市，另有常州市钟楼区和泰州市兴化市2个县（区）的EI表现为2021年＞2019年＞2020年，占全省县（区）数量的2.08%。

3.4 EI变化程度

具体到96 个县（区）土壤侵蚀综合指数EI 的变化数值来看，各县（区）土壤侵蚀综合指数变化不大，绝大部分县（区）EI 的变化集中在-0.02～0.02 之间（表6、图4），这主要是因为江苏省水土保持状况较好，EI总体较小。

表6 江苏省2019-2021年不同EI变化范围内县（区）数量

图4 江苏省2019—2021年土壤侵蚀综合指数空间变化

经过2019—2020 年的治理，全省有75 个县（区）土壤侵蚀综合指数（EI）减小，有21个县（区）土壤侵蚀综合指数（EI）增加（表6），表明绝大部分县（区）水土流失治理工作取得成效，但仍有部分县（区）的土壤侵蚀严重程度有所增强。具体而言，徐州市鼓楼区EI 值减小最为明显，从6.1997 下降至2.7175，降低了3.4822，此外常州市溧阳市、镇江市句容市、南京市建邺区EI 值减小较多，分别降低了0.8565、0.6679 和0.4173。EI 值增加的县（区）中徐州市贾汪区、南京市秦淮区和淮安市盱眙县EI值增加最多，分别为0.3595、0.3240和0.0466。

经过2020—2021 年的治理，全省有72 个县（区）土壤侵蚀综合指数EI减小，有4个县（区）土壤侵蚀综合指数EI 保持不变，有20 个县（区）土壤侵蚀综合指数EI增加（表6）。除南京市溧水区和徐州市鼓楼区分别减少了0.3737 和0.3086，以及镇江市润州区、无锡市滨湖区和常州市溧阳市分别增加了0.0331、0.0248 和0.0216 外，其余91 个县（区）的EI变化值集中在-0.2～0.02之间。

综合2019—2021 年治理成果，全省有77 个县（区）土壤侵蚀综合指数EI减小，有1个县（区）土壤侵蚀综合指数EI 保持不变，有18 个县（区）土壤侵蚀综合指数EI 增加（表6）。徐州市鼓楼区EI 减小最为明显，降低了3.7909，其次是常州市溧阳市、镇江市句容市、南京市溧水区和南京市建邺区，分别降低了0.8350、0.6756、0.5683 和0.4200；南京市秦淮区EI 值增加最多，其次是徐州市贾汪区和扬州市广陵区，分别增加了0.3224、0.2168和0.0304。

以上数据表明，2019—2021年绝大部分县（区）土壤侵蚀状况得到不同程度的改善，这主要源于近年来开展的小流域治理工程，大幅减少了水土流失面积；少部分县（区）的EI 值增加，这主要是因为城市发展需要造成在强烈及以上水土流失面积占比的上升。由此可见，水土流失治理不能仅关注面积的变化，还应当加强对侵蚀强度变化的监管。

4 结 语

通过对江苏省县域EI的计算和分析，得到以下几点主要结论：

（1）江苏省2019—2021年各县（区）土壤侵蚀严重等级空间分布特征基本一致，均表现为北部和西部丘陵山区的土壤侵蚀严重等级较高，中西部平原地区的土壤侵蚀严重等级较低。

（2）2019—2021年EI总体减小的县（区）数量占81.25%，EI 总体增大的县（区）数量占18.75%，后续应重点加强这该部分县（区）的水土流失治理。

（3）江苏省水土保持状况较好，各县（区）EI 变化较小，主要集中在-0.02～0.02之间。